第六章-地面沉降.ppt

1、第六章地基沉降是基本概念和研究意义地基沉降的形成机制地基沉降的发生条件地基沉降的研究、预测和防治，一.基本概念和研究意义，地基沉降是指在一定地壳表面内发生的地基沉降现象。 地基下沉现象在历史书上有很久以前的记载。 作为自然灾害，地面沉降的发生有一定的地质原因。 但是，随着人类社会经济的发展、人口的膨胀，地面沉降现象越来越频繁，沉降面积也越来越大。 在人口密集的城市，地面沉降现象特别严重。 现在研究地基下沉的原因，人为的因素大大超过了自然因素。 现在的地面下沉现象与其说是自然灾害，不如说是人为灾害。 从地基下沉的地质原因、地质因素来看，自然界发生的地基下沉大致有以下3个原因。 1 .地表松散的地

2、层和半松散的地层等在重力的作用下，松散的层形成致密硬或半硬的岩层时，地面因地层厚度变小而沉降。 (岩土体类型)2.由于地质构造作用地面凹陷沉降。 (地质构造)3.地震引起的地面沉降。 (工程动力地质作用)、地面沉降的人为原因地面沉降现象与人类活动密切相关。 特别是近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿物、地下水等，直接引起了当今世界的地面沉降。 我国，各大中城市都在巨大的人口压力下，地下水过度开采更加严重，大部分城市地面沉降，沿海地区引起海水入侵。 地面沉降导致了地表建筑和地下设施的破坏。 根据统订，我国每年地基下沉造成的经济损失达到1亿元以上。 值得庆幸的是，我国已经开始重视这一问题，

3、发布控制人口增长、合理开采地下水等一系列政策已经控制了我国许多地区的地盘下沉现象。 主要危害(1) .沿海地区的沉降使地面低于海面，被海水侵入(2)部分港湾城市因码头、堤坝的沉降而丧失或降低港湾设施能力(3)桥墩沉降，桥梁间隙减少，影响水上交通。 随着地面垂直下沉而产生的大水平位移，往往对许多地面和地下构筑物造成很大危害(5)地基下沉区仍有常见现象，如深井管上升、井台破坏、高脱空、桥墩不均匀下沉等，这些现象虽然不会造成很大危害，但市政建设由于超采地下水等原因，我国90多个城市(地区)发生了不同程度的地面沉降，沉降面积达64万平方公里。 天津、天津市地面沉降，地面沉降，海河放水能力大幅度降低，天

4、津市内洪水几乎排不出海河的西安、西安市地面沉降，站在西安上千年唐代建筑大雁塔实际倾斜了一千毫米。 这条消息经过媒体报道，中国人受到打击，曾经成为大家的热门议题。 由专家介绍得知大雁塔是比萨斜塔的元凶。 数十年来，由于无限制地过度开采地下水等导致地基下沉。 大雁塔周边及其塔底发生的不均匀沉降使千年古塔“站直”。 西安市相继采取严禁开采地下水的措施后，大雁塔以每年1毫米的速度开始“复归”，但推测以现在的速度扶正还需要1000年以上。 比较严重的西安南郊小寨、大雁塔一带的地下水位已经下降到100米以下，而地下水位下降最严重的地方在东郊老动物园附近，地下水位深达120米左右。 西安市水资源技术利用服务

5、中心张姓工程师说。根据西安市水务局的统订，2007年现在西安市内通过累订关闭、填埋各种自备井，今年按照订订关闭了第162口自备井以后，全市只剩下第141口自备井。 这项工作的结果是西安的地下水位每年恢复，去年的地下水位比上一年上升了2厘米。 上海、上海是中国地面沉降最快、影响最大、造成危害最严重的城市，自1921年地面沉降发生以来，迄今为止的沉降面积达到1000平方公里，沉降中心的最大沉降量达到26米。 上海40多年沉降情况研究显示，地面沉降造成的经济损失达千亿元。 也就是说，上海地面平均每下沉1毫米，经济损失就会达到1000万元。 二、地基沉降的形成机理1承压水位下降引起的应力转换及土层的压

6、实位于最终固结或半固结疏沉积层地区内的大城市，由于潜水易受污染，作为工业及生活用水的水源多开发深层承压水。 在孔隙受压带水层中，由于汲取地下水而引起的受压水位的降低，必然需要减少带水层自身及其上下对置带水层中的孔隙水压。 根据有效应力的原理可知，土中的包复负荷产生的总应力，由空隙中的水和土粒子骨架共同承担。 水承载的部分称为孔隙水压，因为不能引起土层的压实，也称为中性压力，因为土骨架承载的部分可以直接引起土层的压实，所以称为有效应力的两者之和等于总应力。 假设抽水过程中土层内总应力不变，孔隙水压力的减小必然导致土中有效应力的等量增大，结果导致土层比例固结。 地域性地基沉降范围宽，压缩层的厚度与

7、沉降范围相比相对较小，因此无论在理论上还是实用上，都可以用一维固结问题处理这种抽水引起的地基沉降问题。 以三层结构条件下单层抽水为例，具体分析了抽水过程中土层中应力的转移及土层固结问题。 由于、透水性能的显着差异，上述孔隙水压力减少，相应地有效应力增大的过程，在砂层和粘土层中的表现完全不同。 砂层中的这个过程基本上表示固结发展的程度的应力变换线逐渐向最终边界线前进(图1 )，到达AB线(与降低的承压水位平衡的孔隙水压线)所需要的时间，如模型试验(图2 )所示，大多需要几个月、几年、几十年(土层的厚度) 因此，从承压水位降低到应力转换过程(即固结过程)最终完成的相当长的时间里，粘土层中总是存在高

8、于与新的承压水位平衡的孔隙水压的程度的孔隙水压，该部分孔隙水压通常被称为残留孔隙水压或超孔隙水压图1、图2的承压水头下降引起的土层固结的模拟结果是，存在于土层内的剩馀的滚滚、滚滚、滚滚由于其他多层结构(甚至是多层抽水)类型的沉降机理仍然相同，所以讨论不再进行。 三、地基沉降的研究、预测和防治1 .掌握地基沉降的工程地质研究地基沉降的规律和特征，制定合理控制地基沉降的措施，研究工作应包括： (1)地区地质结构的研究；(2)地面水平的定期测量；(3)地下水开采量统一和地下水位的长期观测；(4) 粘性土层孔隙水压力的观测(5)土层性质的测试(6)各土层实际沉降量的监测及土性残奥计的逆算。 其中前三项

9、工作是常规性质，按一般方法进行。除常规土工试验外，粘性土层孔隙水压的观测为了研究在抽灌作用下关于土层不同深度孔隙水压的数据，还需要进行现场孔隙水压观测应该有规律地开展的专业性质的试验研究。 因此，在不同地域粘性土层内埋入孔隙水压力观测孔，在夏季用水期通常需要每5天观测一次，在其他季节需要每10天观测一次。 土层性质的测试研究从地面沉降角度研究了土层性质压缩试验、高压固结试验、各土层实际沉降量的监测以及土层性质残奥仪的反算基岩标和分层标的埋设、合成孔径雷达(InSAR )和全球卫星定位系统(GPS )的应用。 地面沉降测量方法、水准测量GPS (全球卫星定位系统)合成孔径雷达合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR，interferometricsyntheticapertureradar，简称干涉雷达测量)是同一地区的两枚以上合成孔径雷达(saar ) 2、地面沉降预测和防治原则和方法从控制地下水开采和地下水人工回灌的1966年开始，上海就采取了地下水开采、地层灌水、“冬灌夏用”、“夏灌冬用”、地下